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FR2710190A1 - Module for high power semiconductor device with low thermal resistance and simplified manufacturing. - Google Patents

Module for high power semiconductor device with low thermal resistance and simplified manufacturing. Download PDF

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FR2710190A1
FR2710190A1 FR9410965A FR9410965A FR2710190A1 FR 2710190 A1 FR2710190 A1 FR 2710190A1 FR 9410965 A FR9410965 A FR 9410965A FR 9410965 A FR9410965 A FR 9410965A FR 2710190 A1 FR2710190 A1 FR 2710190A1
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plate
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heat sink
ims
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International Rectifier Corp USA
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Abstract

Un module semi-conducteur de puissance élevée est pourvu d'un substrat IMS (substrat métallique isolé) qui supporte les plaquettes semi-conductrices à interconnecter à l'intérieur du boîtier. Une plaque de raccordement supporte les bornes pour la connexion du substrat à l'aide d'une liaison à enclenchement, avec les bornes positionnées au-dessus des pastilles de soudure respectives sur la plaque IMS. Des broches à rompre intégrées sur la plaque de raccordement positionnent la plaque par rapport à l'IMS pendant la soudure. Une ouverture centrale dans la plaque de raccordement permet le remplissage avec un silicone mou dans l'espace entre le substrat IMS et la partie inférieure de la plaque de raccordement. La plaque de raccordement est pourvue de bossages, s'étendant vers le haut au-dessus de sa surface supérieure, adjacents à chaque borne de puissance, et la partie inférieure d'un assemblage de boîtier supérieur est pourvue de nervures qui entourent les bossages sur la partie supérieure de la plaque de raccordement. Une colle au silicone est versée dans la partie supérieure de la plaque de raccordement et dans les espaces entre et autour des bossages. Les nervures sont en saillie dans cette colle de façon à créer une bonne étanchéité autour des bornes de puissance en saillie à travers la plaque de raccordement.A high power semiconductor module is provided with an IMS substrate (insulated metal substrate) which supports the semiconductor wafers to be interconnected inside the package. A connection plate supports the terminals for the connection of the substrate using a snap-in link, with the terminals positioned above the respective solder pads on the IMS plate. Integrated snap pins on the connection plate position the plate relative to the IMS during soldering. A central opening in the connector plate allows filling with soft silicone in the space between the IMS substrate and the bottom of the connector plate. The connection plate is provided with bosses, extending upwardly above its upper surface, adjacent to each power terminal, and the lower part of an upper case assembly is provided with ribs which surround the bosses on it. the upper part of the connection plate. Silicone glue is poured into the top of the connector plate and into the spaces between and around the bosses. The ribs protrude in this adhesive so as to create a good seal around the power terminals protruding through the connection plate.

Description

MODULE POUR DISPOSITIF A SEMI-CONDUCTEUR AMODULE FOR SEMICONDUCTOR DEVICE WITH

HAUTE PUISSANCE AVEC UNE RESISTANCE THERMIQUE FAIBLE ET UNE FABRICATION SIMPLIFIWEE Arrière-plan de l'invention0io Cette invention se rapporte à un nouveau module de boîtier pour dispositifs à semi- conducteurs, et d'une manière plus précise, elle se rapporte à une nouvelle structure de module utilisant un IMS complet (substrat métallique isolé) à l'intérieur d'une nouvelle structure de boîtier qui assure une isolation électrique complète de l'ensemble des is composants d'une manière nouvelle et fiable. Les modules pour dispositifs à semi-conducteurs sont bien connus, et sont d'une manière générale utilisés pour abriter une pluralité de pastilles semi- conductrices interconnectées. Les pastilles peuvent être du même type ou de type différent et sont montées sur un dissipateur20 de chaleur à l'intérieur d'un boîtier commun pourvu de bornes d'électrodes s'étendant de celui-ci. Par exemple, les modules pour semi-conducteurs peuvent fournir un boîtier pour des diodes, des MOSFET, des transistors IGBT ou bipolaires électriquement interconnectés qui sont reliés sous forme de différents types de25 circuits présélectionnés, tels que des demi-ponts, des ponts à ondes pleines, des doubleurs de tension ou analogue. Des bornes relativement massives s'étendent du boîtier d'isolation pour le raccordement électrique par l'utilisateur. La présente invention créé une structure de module présentant une dissipation thermique et une30 facilité de fabrication améliorées et une fiabilité améliorée. Bref résumé de l'invention Le module de la présente invention est construit sur un substrat IMS sur lequel des pastilles ou plaquettes semi-conductrices sont reliées thermiquement. Ci-après les termes "pastilles", "plaquettes", et35 "rondelles" sont utilisés de façon interchangeable pour désigner un corps semi-conducteur plat, mince et brut pourvu d'électrodes sur sa  HIGH POWER WITH LOW THERMAL RESISTANCE AND SIMPLIFIED MANUFACTURE Background of the invention 0io This invention relates to a new package module for semiconductor devices, and more precisely, it relates to a new structure module using a complete IMS (insulated metal substrate) inside a new housing structure which ensures complete electrical isolation of all the is components in a new and reliable way. Modules for semiconductor devices are well known, and are generally used to house a plurality of interconnected semiconductor pads. The pads may be of the same type or of a different type and are mounted on a heat sink inside a common housing provided with electrode terminals extending therefrom. For example, semiconductor modules can provide a package for electrically interconnected IGBT or bipolar transistors, diodes, MOSFETs which are connected in the form of different types of preselected circuits, such as half bridges, wave bridges solid, voltage doublers or the like. Relatively massive terminals extend from the isolation box for electrical connection by the user. The present invention creates a module structure having improved heat dissipation and ease of manufacture and improved reliability. Brief summary of the invention The module of the present invention is constructed on an IMS substrate on which semiconductor wafers or wafers are thermally connected. Hereinafter the terms "pellets", "pads", and "washers" are used interchangeably to denote a flat, thin and raw semiconductor body provided with electrodes on its

face opposée. Le dispositif semi-conducteur peut être de tout type désiré, tel qu'une diode, un dispositif de puissance à porte MOS tel qu'un MOSFET, un IGBT, un thyristor commandé par MOS, ou5 analogue.  opposite side. The semiconductor device can be of any desired type, such as a diode, a MOS gate power device such as a MOSFET, an IGBT, an MOS-controlled thyristor, or the like.

Le substrat IMS dispose d'un corps en aluminium relativement épais, recouvert d'une très fine couche isolante, qui, à son tour, supporte un dessin de circuit en cuivre qui est isolé électriquement de l'aluminium. Les plaquettes sont montées sur un ou plusieurs io dissipateurs de chaleur sur des zones centrales du dissipateur de chaleur de façon à améliorer la dissipation thermique de la chaleur produite par la plaquette pendant le fonctionnement du dispositif. Le substrat IMS dispose aussi de dessins de circuits pour recevoir de façon adaptée des fils de liaison et les bornes principales du15 dispositif. Ainsi, les plaquettes sont interconnectées de façon interne l'une à l'autre sur le substrat IMS par des liaisons à boucle de fil conducteur parallèles. Ces fils sont en fin reliés à une borne verticale  The IMS substrate has a relatively thick aluminum body, covered with a very thin insulating layer, which, in turn, supports a copper circuit design which is electrically insulated from aluminum. The wafers are mounted on one or more heat sinks on central areas of the heat sink so as to improve the heat dissipation of the heat produced by the wafer during operation of the device. The IMS substrate also has circuit drawings for suitably receiving connecting wires and the main terminals of the device. Thus, the wafers are internally interconnected to each other on the IMS substrate by loop connections of parallel conductive wire. These wires are finally connected to a vertical terminal

qui s'étend vers l'exterieur du boîtier.  which extends towards the outside of the housing.

Selon une caractéristique importante de l'invention, les bornes du dispositif sont supportées dans une plaque de raccordement isolante moulée et sont reliées par enclenchement à travers des encoches  According to an important characteristic of the invention, the terminals of the device are supported in a molded insulating connection plate and are connected by latching through notches

disposées sur la plaque, de façon à simplifier l'assemblage du dispositif. Chaque borne dispose de parties d'extrémités courbes rentrantes de façon à agir comme une extension de borne plate qui25 peut être soudée de façon adaptée sur les pastilles de soudure situées de façon appropriée sur le substrat IMS. Les bornes sont pré-  arranged on the plate, so as to simplify the assembly of the device. Each terminal has inward curved end portions so as to act as a flat terminal extension which can be suitably soldered onto the solder pads suitably located on the IMS substrate. The terminals are pre-

positionnées par rapport au substrat IMS et se terminent dans un plan commun de façon à ce qu'elles puissent être directement soudées par le bas pendant l'assemblage.30 Un nouveau dispositif de positionnement est créé par la plaque de raccordement en fournissant des broches à rompre sur les extrémités opposées de la plaque de raccordement qui sont situées dans les ouvertures de montage du substrat IMS pendant l'assemblage. les broches sont coupées après que les bornes principales ont été  positioned relative to the IMS substrate and terminate in a common plane so that they can be directly welded from below during assembly. 30 A new positioning device is created by the connection plate by providing pins for break on opposite ends of the connection plate which are located in the mounting openings of the IMS substrate during assembly. pins are cut after the main terminals have been

soudées sur le substrat IMS.soldered to the IMS substrate.

Selon une autre particularité de l'invention, un espace est laissé entre la partie inférieure de la plaque de raccordement et la partie supérieure de 1'IMS qui agit comme un espace de dilatation pour une matière de remplissage au silicone mou qui peut être chargé dans l'espace à travers une ouverture dans la plaque de raccordement, après que l'opération de soudure par le bas a été réalisée et avant qu'un couvercle supérieur ne soit assemblé sur le module. Après remplissage, l'espace est obturé en scellant une seule ouverture de  According to another feature of the invention, a space is left between the lower part of the connection plate and the upper part of the IMS which acts as an expansion space for a soft silicone filler which can be loaded into the space through an opening in the connection plate, after the bottom welding operation has been carried out and before an upper cover is assembled on the module. After filling, the space is closed by sealing a single opening of

remplissage centrale sur la plaque de raccordement.  central filling on the connection plate.

o Comme autre particularité supplémentaire de l'invention, la face supérieure de la plaque de raccordement est pourvue de bossages à travers lesquels les bornes s'étendent. L'intérieur du couvercle supérieur est pourvu de deux nervures massives, qui s'emboîtent dans les bossages,de la plaque de raccordement et les entourent lorsque les deux pièces sont assemblées. Avant l'assemblage du couvercle supérieur, la totalité de la surface supérieure de la plaque de raccordement est remplie d'un adhésif ou d'une colle approprié, de telle façon que, lorsque le couvercle supérieur est mis en place, tous les espaces entourant les bornes sont scellés par la colle pour empêcher l'entrée d'air ou de polluant, à l'intérieur du boîtier et dans les différents conducteurs de bornes et entre ceux-ci, qui pourraient  o As another additional feature of the invention, the upper face of the connection plate is provided with bosses through which the terminals extend. The interior of the upper cover is provided with two massive ribs, which fit into the bosses, of the connection plate and surround them when the two parts are assembled. Before assembling the upper cover, the entire upper surface of the connection plate is filled with a suitable adhesive or glue, so that, when the upper cover is put in place, all the spaces surrounding the terminals are sealed with glue to prevent the entry of air or pollutants, inside the housing and in the various terminal conductors and between them, which could

amener à court-circuiter les bornes principales.  short circuit the main terminals.

D'autres particularités et avantages de la présente invention vont  Other features and advantages of the present invention will

devenir apparents d'après la description suivante de l'invention qui  become apparent from the following description of the invention which

se réfèere aux dessins annexés.refers to the accompanying drawings.

Brève description des dessinsBrief description of the drawings

La figure 1 est une vue en perspective d'un boîtier construit selon la  Figure 1 is a perspective view of a housing constructed according to the

présente invention.present invention.

La figure 2 est une vue de dessus du boîtier de la figure 1.  Figure 2 is a top view of the housing of Figure 1.

La figure 3 est une vue en élévation de la vue de dessus de la figure 2.  FIG. 3 is an elevation view of the top view of FIG. 2.

La figure 4 est une vue de côté de la figure 3.  Figure 4 is a side view of Figure 3.

La figure 5 est un schéma électrique du circuit interne formé à  FIG. 5 is an electrical diagram of the internal circuit formed at

l'intérieur du boîtier des figures 1 à 4.  the interior of the housing of FIGS. 1 to 4.

La figure 6 est une vue en coupe transversale de la figure 2 prise  Figure 6 is a cross-sectional view of Figure 2 taken

suivant la ligne de coupe 6-6 à la figure 2.  along the cutting line 6-6 in Figure 2.

La figure 7 est une vue interne, en regardant l'intérieur du couvercle  Figure 7 is an internal view, looking at the inside of the cover

supérieur, de l'assemblage montré aux figures 1 à 4 et 6.  upper, of the assembly shown in Figures 1 to 4 and 6.

La figure 8 et une vue en coupe transversale de la figure 7 prise suivant la ligne de coupe 8-8 à la figure 7. La figure 9 et une vue en coupe transversale de la figure 7 prise  Figure 8 and a cross-sectional view of Figure 7 taken along section line 8-8 in Figure 7. Figure 9 and a cross-sectional view of Figure 7 taken

suivant la ligne de coupe 8-8 à la figure 7.  along the section line 8-8 in Figure 7.

La figure 10 est une vue de dessus de la structure de la plaque de  Figure 10 is a top view of the structure of the plate

raccordement des figures précédentes.  connection of the previous figures.

o La figure 11 est une vue en coupe transversale de la figure 10 prise  o Figure 11 is a cross-sectional view of Figure 10 taken

suivant la ligne de coupe 11-11 à la figure 10.  along the section line 11-11 in Figure 10.

La figure 12 est une vue de dessous de la figure 11 comme vue  Figure 12 is a bottom view of Figure 11 as a view

suivant la ligne de coupe 12-12.along the cutting line 12-12.

La figure 13 est une vue en élévation d'un contact de porte de l'une  Figure 13 is an elevational view of a door contact of one

des bornes de commande du boîtier des figures précédentes.  control terminals of the housing of the preceding figures.

La figure 14 est une vue de côté de la borne de la figure 13 après  Figure 14 is a side view of the terminal of Figure 13 after

que sa partie inférieure a été courbée en position de soudure.  that its lower part has been bent in the welding position.

La figure 15 est une vue en élévation de l'une des bornes principales  Figure 15 is an elevational view of one of the main terminals

de l'assemblage de la figure 1.of the assembly of Figure 1.

La figure 16 est une vue de côté de la borne de la figure 15  Figure 16 is a side view of the terminal of Figure 15

montrant, en pointillé, la borne courbée en position de soudure.  showing, in dotted lines, the curved terminal in the soldering position.

La figure 17 montre une deuxième des bornes principales de  Figure 17 shows a second of the main terminals of

l'assemblage de la figure 1, dans une vue en élévation.  the assembly of Figure 1, in an elevational view.

La figure 18 est une vue de côté de la borne de la figure 17.  FIG. 18 is a side view of the terminal in FIG. 17.

La figure 19 est une vue en élévation d'une troisième des bornes  Figure 19 is an elevational view of a third of the terminals

principales de l'assemblage de l'invention.  main elements of the assembly of the invention.

La figure 20 est une vue de côté de la borne de la figure 19.  FIG. 20 is a side view of the terminal in FIG. 19.

La figure 21 est une vue en perspective éclatée de la plaque de raccordement de la figure 10 avec les différentes bornes des figures  Figure 21 is an exploded perspective view of the connection plate of Figure 10 with the various terminals of the figures

13 à 20 positionnées pour l'insertion dans la plaque de raccordement.  13 to 20 positioned for insertion into the connection plate.

La figure 22 montre la plaque de raccordement de la figure 21 avec  Figure 22 shows the connection plate of Figure 21 with

les bornes enclenchées en position et retenues par la plaque.  the terminals engaged in position and retained by the plate.

La figure 23 est une vue de dessus du substrat IMS utilisé selon l'invention, avant le montage du dissipateur de chaleur et des  FIG. 23 is a top view of the IMS substrate used according to the invention, before mounting the heat sink and the

conducteurs sur celui-ci.conductors on it.

La figure 24 est une vue de côté de la figure 23.  Figure 24 is a side view of Figure 23.

La figure 25 est une vue de dessus d'un dissipateur de chaleur pourvu d'un IGBT sélectionné et d'une plaquette (diode) de roue libre rapide soudés sur celui-ci.s La figure 26 est une vue de côté du dissipateur de chaleur de la figure 25.  FIG. 25 is a top view of a heat sink provided with a selected IGBT and a fast freewheel plate (diode) welded thereto. FIG. 26 is a side view of the heat sink Figure 25 heat.

La figure 27 est une vue de dessus du substrat IMS de la figure 23 après que les dissipateurs de chaleur ont été soudés en position sur le substrat IMS et que les conducteurs ont été interconnectés entre lesio différentes plaquettes et bornes.  Figure 27 is a top view of the IMS substrate of Figure 23 after the heat sinks have been soldered into position on the IMS substrate and the conductors have been interconnected between the various pads and terminals.

La figure 28 est une vue de dessous de la plaque de raccordement de la figure 22 et montre l'emplacement des pastilles ou embases de soudure de bornes principales, tel qu'elles sont situées aux emplacements de bornes de la figure 27, et montre en outre, dans une vue en pointillés, des saillies de positionnement à rompre qui aident le positionnement de la plaque de raccordement et des bornes  Figure 28 is a bottom view of the connection plate of Figure 22 and shows the location of the pads or solder bases of main terminals, as they are located at the terminal locations of Figure 27, and shows in addition, in a dotted view, locating projections to be broken which aid the positioning of the connection plate and the terminals

par rapport à l'IMS pendant l'opération de soudure.  compared to the IMS during the welding operation.

La figure 29 montre l'un des éléments à rompre de la figure 28  Figure 29 shows one of the elements to be broken in Figure 28

positionné par rapport à l'ouverture de montage du substrat IMS.  positioned relative to the mounting opening of the IMS substrate.

La figure 30 est une vue en coupe transversale représentant de façon schématique le couvercle supérieur, la plaque de raccordement et le substrat IMS positionnés l'un par rapport à l'autre juste avant  Figure 30 is a cross-sectional view schematically showing the top cover, the connection plate and the IMS substrate positioned relative to each other just before

l'assemblage final de ces composants.  the final assembly of these components.

La figure 31 est une vue en coupe transversale de la figure 30 prise  Figure 31 is a cross-sectional view of Figure 30 taken

suivant la ligne de coupe 31-31.along cutting line 31-31.

Description détaillée des dessinsDetailed description of the drawings

En se référant en premier aux figures 1 à 4, il est montré sur celles-  Referring first to Figures 1 to 4, it is shown thereon

ci une nouvelle structure de module consistant en un couvercle d'isolation moulé 50 qui est fixé sur un substrat IMS 51, chacun  ci a new module structure consisting of a molded insulation cover 50 which is fixed on an IMS substrate 51, each

d'entre eux seront décrits de façon plus détaillée ci-après.  of them will be described in more detail below.

Le couvercle 50 est pourvu de trois bossages en saillie 52, 53 et 54 s'étendant depuis sa surface supérieure qui contiennent des segments courbés vers le bas de trois bornes principales de dispositifs 55, 56 et 57. Les deux bornes de commande 60 et 61 et les deux bornes de  The cover 50 is provided with three projecting bosses 52, 53 and 54 extending from its upper surface which contain segments curved downwards from three main terminals of devices 55, 56 and 57. The two control terminals 60 and 61 and the two terminals of

puissance auxiliaires 62 et 63 sont aussi montrées à la figure 1.  auxiliary power 62 and 63 are also shown in Figure 1.

Comme montré aux figures 2, 3 et 4, lorsque le sous-ensemble est assemblé et avant qu'il soit mis en utilisation, les bornes 55, 56 et 57 s'étendent vers le haut et présentent des orifices de réception d'écrous hexagonaux 70, 71 et 72 (figure 2) qui sont recouverts5 lorsque les extrémités des bornes 55, 56 et 57 sont appliquées vers le bas. Ces orifices peuvent recevoir un écrou hexagonal classique utilisé pour la liaison de borne électrique au boîtier. Le substrat IMS 51 est aussi pourvu, comme montré à la figure 2, d'ouvertures de montage 73 et 74 qui permettent le vissage duio substrat IMS et l'assemblage sur un dissipateur de chaleur. Le circuit formé par le dispositif qui va être décrit est un demi pont constitué par les IGBT 75 et 76 (transistor bipolaire à grille isolée) montrés de façon schématique à la figure 5. Les IGBT 75 et 76 sont reliés sous forme de circuit parallèle avec les diodes de roue libre rapides 77 et 78. Les bornes électriques du circuit en demi pont montrées à la figure 5 correspondent à celles précédemment désignées à la figure 1. Le substrat 51 est mieux vu sur la figure 6 et comporte une couche d'isolation centrale 51a qui isole les moitiés conductrices  As shown in Figures 2, 3 and 4, when the sub-assembly is assembled and before it is put into use, the terminals 55, 56 and 57 extend upwards and have holes for receiving hexagonal nuts 70, 71 and 72 (FIG. 2) which are covered when the ends of the terminals 55, 56 and 57 are applied downwards. These orifices can receive a conventional hexagonal nut used for connecting the electrical terminal to the housing. The IMS substrate 51 is also provided, as shown in FIG. 2, with mounting openings 73 and 74 which allow the screwing of the IMS substrate and the assembly on a heat sink. The circuit formed by the device which will be described is a half bridge constituted by the IGBTs 75 and 76 (bipolar transistor with insulated gate) shown schematically in FIG. 5. The IGBTs 75 and 76 are connected in the form of a parallel circuit with the fast freewheeling diodes 77 and 78. The electrical terminals of the half-bridge circuit shown in FIG. 5 correspond to those previously designated in FIG. 1. The substrate 51 is best seen in FIG. 6 and has an insulation layer control unit 51a which isolates the conductive halves

supérieure et inférieure du substrat 51.  upper and lower of the substrate 51.

Il peut être noté que de nombreux types de circuits autres que celui montré à la figure 5 peuvent être utilisés avec le boîtier de l'invention, par exemple, des ponts à ondes pleines mono ou triphasés, des doubleurs de tension ou analogue. Différents types de plaquettes semi-conductrices, tel que des diodes, des thyristors, des transistors bipolaires et MOS peuvent être disposés de façon indépendante ou en parallèle. Comme cela sera décrit ultérieurement, les IGBT 75 et 76 consistent en quatre plaquettes  It can be noted that many types of circuits other than that shown in FIG. 5 can be used with the box of the invention, for example, single or three-phase full wave bridges, voltage doublers or the like. Different types of semiconductor wafers, such as diodes, thyristors, bipolar transistors and MOS can be arranged independently or in parallel. As will be described later, IGBT 75 and 76 consist of four platelets

reliées en parallèle.connected in parallel.

Le boîtier ou couvercle externe 50 est montré de façon plus détaillée aux figures 7, 8 et 9. Ainsi, l'intérieur du couvercle contient des ouvertures 80, 81 et 82a à travers lesquelles les bornes 55, 56 et 57 peuvent s'étendre dans le dispositif assemblé. Les ouvertures 80, 81 et 82a sont montrées entourées par des stries qui s'étendent vers le bas depuis l'intérieur du boîtier. D'autres stries allongées de façon variée, montrées aux figures 7, 8 et 9 comme les stries 82, 83, 84, et 86, coopèrent avec une strie interne principale allongée 87 qui s'étend autour de la totalité de l'intérieur du couvercle 50. Lorsque le couvercle 50 est placé sur la plaque de raccordement interne, qui sera décrite ultérieurement, des espaces d'isolation annulaires5 entourent chacune des bornes, qui vont être remplis par un gel au silicone ou analogue dans le but d'isoler les bornes l'une de l'autre d'une manière sûre et facile. La nouvelle structure de plaque de raccordement 90 de l'invention qui est adaptée pour supporter les bornes principales 55, 56 et 57 eto les bornes de commande 60 à 63 de manière enclenchée à l'intérieur est décrite ensuite. La plaque de raccordement 90 est montrée aux figures 6, 10, 11, 12, 21, 22 et 28. La plaque de raccordement 90 consiste en un corps en plastique moulé pourvu d'une pluralité de bossages espacés 91 à 94 sur sa surface supérieure. Ces bossages,15 comme cela sera vu ultérieurement, s'emboîtent à l'intérieur et sont entourés par des nervures en saillie à l'intérieur du couvercle supérieur 50. Le volume compris entre et autour des bossages peut être rempli avec une colle au silicone, comme montré à la figure 6, avant que le couvercle supérieur ne soit assemblé sur la plaque de raccordement 90. Les nervures du couvercle supérieur 50 sont en saillie dans la colle et, lorsque la colle prend, les bornes sont bien  The outer casing or cover 50 is shown in more detail in Figures 7, 8 and 9. Thus, the interior of the cover contains openings 80, 81 and 82a through which the terminals 55, 56 and 57 can extend in the assembled device. The openings 80, 81 and 82a are shown surrounded by ridges which extend downward from the interior of the housing. Other variously elongated streaks, shown in Figures 7, 8 and 9 such as streaks 82, 83, 84, and 86, cooperate with an elongated main internal streak 87 which extends around the entire interior of the cover 50. When the cover 50 is placed on the internal connection plate, which will be described later, annular insulation spaces5 surround each of the terminals, which will be filled with a silicone gel or the like in order to isolate the bound to each other in a safe and easy way. The new connection plate structure 90 of the invention which is adapted to support the main terminals 55, 56 and 57 and the control terminals 60 to 63 so that they are engaged inside is described next. The connection plate 90 is shown in Figures 6, 10, 11, 12, 21, 22 and 28. The connection plate 90 consists of a molded plastic body provided with a plurality of spaced bosses 91 to 94 on its upper surface . These bosses, as will be seen later, fit inside and are surrounded by protruding ribs inside the upper cover 50. The volume between and around the bosses can be filled with silicone glue , as shown in Figure 6, before the upper cover is assembled on the connection plate 90. The ribs of the upper cover 50 protrude in the glue and, when the glue sets, the terminals are well

scellées vis-à-vis des cheminements de fuite entre les bornes.  sealed against leakage paths between the terminals.

La plaque de raccordement 90 est aussi pourvue de fentes allongées , 96 et 97 à travers lesquelles les bornes 55, 56 et 57 peuvent s'étendre et être intégrés, comme cela sera décrit ultérieurement et comme montré aux figures 21 et 22. Dans la face inférieure de la plaque de raccordement, des collerettes allongées 100-101 en plastique en une pièce s'étendent suivant la longueur de la partie inférieure de la plaque de raccordement sur les côtés opposés de la fente 97. Des éléments en collerette allongée similaires 102 et 103 s'étendent sur les côtés opposés des fentes 95 et 96. Les espaces entre les collerettes 100-101 et 102-103 reçoivent des extensions des bornes 55, 56 et 57 pour permettre une bonne liaison par enclenchement et une fixation ferme de la borne sur la plaque de raccordement comme cela sera décrit ultérieurement et aussi pour  The connection plate 90 is also provided with elongated slots, 96 and 97 through which the terminals 55, 56 and 57 can extend and be integrated, as will be described later and as shown in Figures 21 and 22. In the face lower part of the connection plate, elongated one-piece plastic flanges 100-101 extend along the length of the lower part of the connection plate on opposite sides of the slot 97. Similar elongated flange elements 102 and 103 extend on the opposite sides of the slots 95 and 96. The spaces between the flanges 100-101 and 102-103 receive extensions of the terminals 55, 56 and 57 to allow a good snap connection and a firm fixing of the terminal on the connection plate as will be described later and also for

isoler les bornes dans la cavité de dilatation.  insulate the terminals in the expansion cavity.

Un orifice traversant 110 est aussi prévu dans la plaque de raccordement 90. Comme cela sera décrit ultérieurement, cette ouverture 110 permet le remplissage de l'espace entre l'élément IMS5 51 et la partie inférieure de la plaque de raccordement avec du silicone mou qui présente un fort coefficient de dilatation, avant l'assemblage du couvercle supérieur. Un bouchon en plastique ou obturateur en forme de boule 111 (figure 22) peut être appliqué dans l'ouverture 110 après l'opération de remplissage, et peut être collé  A through hole 110 is also provided in the connection plate 90. As will be described later, this opening 110 allows the space between the IMS5 element 51 and the lower part of the connection plate to be filled with soft silicone which has a high coefficient of expansion, before assembling the upper cover. A plastic plug or ball-shaped shutter 111 (figure 22) can be applied in the opening 110 after the filling operation, and can be glued

o en place de façon à rendre la chambre étanche.  o in place so as to seal the chamber.

La plaque de raccordement 90 est pourvue de quatre ouvertures parallèles espacées 120 à 123 (figure 10) qui reçoivent respectivement les bornes 60, 62, 63 et 61 du dispositif. Ces bornes sont assemblées à force dans la plaque de raccordement et sont supportées par ce moyen comme un sousensemble le long des  The connection plate 90 is provided with four parallel openings spaced 120 to 123 (Figure 10) which respectively receive the terminals 60, 62, 63 and 61 of the device. These terminals are forcibly assembled in the connection plate and are supported by this means as a subset along the

bornes principales 55, 56 et 57.main terminals 55, 56 and 57.

Tandis que les différentes bornes peuvent avoir toute configuration désirée, les figures 13 à 20 montrent la configuration utilisée dans le mode préféré de la présente invention. Ainsi, l'ensemble des bornes 60 à 63 présentent la structure de borne 60 montrée aux figures 13 et 14. Les bornes 60 à 63 sont simplement appliquées dans les ouvertures 120 à 123 et peuvent être maintenues dans celles-ci par l'assemblage serré dû à la courbure ou au rétrécissement des surfaces qui pressent avec force du côté opposé aux fentes pour maintenir les bornes en position. Notons que la partie inférieure de la borne 60 est repliée vers le haut à sa partie inférieure 130, à la figure 14, de façon à présenter un plat qui peut être soudé sur une surface appropriée du substrat IMS 51, comme cela sera décrit ultérieurement. La borne 55 présente la configuration montrée aux figures 15 et 16, et il peut être noté que la borne est pourvue de surfaces rétrécies 131 et 132 qui sont dimensionnées de façon à "mordre" dans les extrémités opposées de la fente 95 qui reçoivent la borne 55 dans le but de la maintenir en position par friction à l'intérieur de la plaque  While the various terminals may have any configuration desired, Figures 13-20 show the configuration used in the preferred mode of the present invention. Thus, all of the terminals 60 to 63 have the terminal structure 60 shown in FIGS. 13 and 14. The terminals 60 to 63 are simply applied in the openings 120 to 123 and can be held in them by the tight assembly due to the curvature or narrowing of the surfaces which press hard on the side opposite the slots to hold the terminals in position. Note that the lower part of the terminal 60 is folded upwards at its lower part 130, in FIG. 14, so as to present a plate which can be welded on an appropriate surface of the IMS substrate 51, as will be described later. Terminal 55 has the configuration shown in Figures 15 and 16, and it can be noted that the terminal is provided with narrowed surfaces 131 and 132 which are dimensioned so as to "bite" in the opposite ends of slot 95 which receive the terminal 55 in order to keep it in position by friction inside the plate

de raccordement après qu'elle a été insérée à l'intérieur.  connection after it has been inserted inside.

Comme montré en lignes pointillées à la figure 16, la section d'extrémité en saillie 133 de la borne peut être repliée vers le haut, comme montré en lignes pointillées à la figure 16, de façon à former la partie inférieure de borne plate 134 qui peut être soudée sur une pastille appropriée sur le substrat IMS 51, comme cela sera décrit ultérieurement. Notons que la partie corps 135 de la borne va s'assembler entre les collerettes 102 et 103, à la figure 12, lorsque la  As shown in dotted lines in Figure 16, the protruding end section 133 of the terminal can be folded up, as shown in dotted lines in Figure 16, so as to form the lower portion of the flat terminal 134 which can be soldered onto a suitable patch on the IMS 51 substrate, as will be described later. Note that the body part 135 of the terminal will be assembled between the flanges 102 and 103, in FIG. 12, when the

borne 55 est insérée dans la plaque de raccordement.  terminal 55 is inserted in the connection plate.

Les figures 17 et 18 montrent la borne 56 qui présente un corps lo allongé 140 et une section de borne en saillie vers le bas 141 qui peut être repliée suivant la forme 142, montrée à la figure 18, qui présente une partie inférieure plate qui peut être soudée par le bas  Figures 17 and 18 show terminal 56 which has an elongated lo body 140 and a downwardly projecting terminal section 141 which can be folded back in the shape 142, shown in Figure 18, which has a flat lower part which can be welded from below

sur le substrat IMS.on the IMS substrate.

Les figures 19 et 20 montrent la borne 57 qui présente une partie corps 142a et une extension de borne 143 qui peut être repliée  Figures 19 and 20 show terminal 57 which has a body part 142a and a terminal extension 143 which can be folded

suivant la forme en ligne pointillée 144 montrée à la figure 20.  in the dotted line form 144 shown in Figure 20.

Lorsque la borne 57 est mise en place dans la plaque de raccordement, elle peut être appliquée dans la fente 97 et maintenue à l'intérieur par friction, avec l'extrémité de borne 144 en saillie vers  When the terminal 57 is placed in the connection plate, it can be applied in the slot 97 and held inside by friction, with the terminal end 144 projecting towards

l'extérieur et vers le bas.outside and down.

Toutes les bornes sont mises en place de façon coulissante dans la plaque de raccordement 90, comme montré aux figures 21 et 22, et sont fixées à l'intérieur de la plaque de raccordement 90 par friction ou par action d'enclenchement. Les parties inférieures 130 de chacune des bornes de commande et parties inférieures 134, 142 et 144 pour les bornes 55, 56 et 57 reposent dans un plan commun après l'assemblage des bornes dans la plaque 90. Ces surfaces inférieures vont être soudées sur des pastilles de soudure appropriées et situées correctement sur le substrat IMS 51 comme cela sera  All the terminals are slidably placed in the connection plate 90, as shown in FIGS. 21 and 22, and are fixed inside the connection plate 90 by friction or by latching action. The lower parts 130 of each of the control terminals and lower parts 134, 142 and 144 for the terminals 55, 56 and 57 rest in a common plane after the assembly of the terminals in the plate 90. These lower surfaces will be welded on suitable solder pads and located correctly on the IMS 51 substrate as will be

décrit par la suite.described later.

Le substrat 51, sans plaquette fixée dessus, est montré aux figures 23 et 24. Le substrat 51 consiste en une plaque épaisse en aluminium pourvue d'une couche mince d'isolation sur sa partie supérieure. Un dessin de circuit en cuivre est formé sur la partie supérieure de la couche d'isolation. Les substrats IMS sont bien connus. Puisque la couche d'isolation est extrêmement mince, cela permet un bon transfert de chaleur depuis les bandes de cuivre vers le substrat principal en aluminium tout en fournissant une bonne isolation  The substrate 51, without a plate attached to it, is shown in FIGS. 23 and 24. The substrate 51 consists of a thick aluminum plate provided with a thin layer of insulation on its upper part. A copper circuit pattern is formed on the top of the insulation layer. IMS substrates are well known. Since the insulation layer is extremely thin, this allows good heat transfer from the copper strips to the main aluminum substrate while providing good insulation

électrique entre les deux.electric between the two.

La figure 23 montre des zones en cuivre 150 à 156 sur la partie supérieure du substrat IMS qui sont isolées du substrat en aluminium et l'une de l'autre. Lorsque ces zones en cuivre sont montrées avec des hachures, les hachures sont destinées à représenter le placage en aluminium qui permet la formation d'une liaison par ultra-sons avec io un fil conducteur. Les zones en cuivre qui ne sont pas plaquées sont  Figure 23 shows copper zones 150 to 156 on the upper part of the IMS substrate which are isolated from the aluminum substrate and from each other. When these copper zones are shown with hatching, the hatching is intended to represent the aluminum plating which allows the formation of a link by ultrasound with a conductive wire. Copper areas that are not plated are

appropriées pour la soudure d'autres composants.  suitable for soldering other components.

Des zones agrandies 154 et 155 contiennent chacune les extensions et 161 qui sont adaptées pour accepter des dissipateurs de chaleur, tel que le dissipateur de chaleur 170 des figures 25 et 26, qui peut être constitué d'une plaque d'aluminium avec les différentes plaquettes, qui sont utilisées pour créer le circuit à semi-conducteur du module, soudées dessus. Dans le cas du dissipateur 170 des figures 25 et 26, quatre plaquettes IGBT 172 à 174 et 174a reliées en parallèle et des diodes de roue libre rapides 175 à 178, toutes reliées en parallèles sont soudées sur celui-ci. Ces composants correspondent globalement à I'IGBT 75 et à la diode de roue libre  Enlarged areas 154 and 155 each contain the extensions and 161 which are adapted to accept heat sinks, such as the heat sink 170 of Figures 25 and 26, which may consist of an aluminum plate with the various plates , which are used to create the semiconductor circuit of the module, soldered on it. In the case of the dissipator 170 in FIGS. 25 and 26, four IGBT wafers 172 to 174 and 174a connected in parallel and fast freewheeling diodes 175 to 178, all connected in parallel are welded thereon. These components generally correspond to the IGBT 75 and the freewheeling diode

rapide 77 de la figure 5.Quick 77 in Figure 5.

Deux tels assemblages sur les dissipateurs de chaleur respectifs sont utilisés à la figure 27, o le dissipateur 170 est celui montré aux figures 25 et 26 alors qu'un assemblage identique 180, correspondant à l'IGBT 176 et à la diode 78 de la figure 5, est soudé sur la zone en  Two such assemblies on the respective heat sinks are used in Figure 27, where the heatsink 170 is that shown in Figures 25 and 26 while an identical assembly 180, corresponding to the IGBT 176 and the diode 78 of the figure 5, is welded to the area in

cuivre 155 à la figure 27.copper 155 in Figure 27.

La face arrière de chaque plaquette est soudée par le bas sur son dissipateur de chaleur respectif 170 et 180 alors que les bornes des faces supérieures des plaquettes sont reliées par ultra-sons en utilisant un fil et une liaison à boucle appropriés, comme cela est bien connu. Seul un simple fil de liaison à boucle est montré à la figure 27 alors que, dans la pratique, quatre liaisons à boucle  The back side of each wafer is soldered from below to its respective heat sink 170 and 180 while the terminals of the top faces of the wafers are connected by ultrasound using a suitable wire and loop connection, as is good known. Only a single loop link wire is shown in Figure 27 while, in practice, four loop links

parallèles sont utilisées pour chaque liaison.  parallels are used for each link.

A la figure 27, la borne de commande 150 est reliée par ll l'intermédiaire d'une bande conductrice sur les contacts de grilles de chacune des plaquettes d'IGBT sur le dissipateur 170. Les contacts d'émetteurs de chacune des plaquettes du dissipateur 170 sont ensuite reliés en premier à une électrode d'une diode de roue libre rapide5 respective et ensuite à l'extension 190 de la bande conductrice 155. La borne de commande 153 est en premier reliée aux pastilles conductrices 191 et 192 qui sont isolées (d'une manière non montrée) par rapport au dissipateur de chaleur 170 et sont ensuite reliée par liaison à boucle aux électrodes de commande de la plaquette d'IGBTo sur le dissipateur de chaleur 180. Les électrodes principales sur les surfaces supérieures des IGBT sur un dissipateur de chaleur 180 sont ensuite reliées par liaison à boucle, en premier à une diode de roue libre rapide respective et ensuite à la pastille conductrice 156 sur le substrat IMS. Dans le but de relier les électrodes de commande 151 et 152 aux bornes de puissance 56 et 57, des fils isolés, représentés respectivement de façon schématique par les lignes pointillées 200 et 201, relient ces bornes à l'extension de pastille 161 et à la pastille 156. En se référant ensuite aux figures 22, 27 et 28, il peut être compris20 que le sous-ensemble de la figure 22, dans lequel différentes bornes sont supportées physiquement à l'intérieur de la plaque de raccordement, peut être appliqué de façon simple sur la surface de l'IMS de la figure 27, de telle façon que les contacts 134, 142 et 144 soient placés respectivement au-dessus et en contact avec les parties exposées en cuivre des bornes 160, 156 et 161. La totalité du sous- ensemble incluant les parties inférieures des bornes de commande 60  In FIG. 27, the control terminal 150 is connected by means of a conductive strip to the grid contacts of each of the IGBT plates on the heatsink 170. The emitter contacts of each of the heatsink plates 170 are then connected first to an electrode of a respective fast freewheeling diode5 and then to the extension 190 of the conductive strip 155. The control terminal 153 is first connected to the conductive pads 191 and 192 which are isolated ( in a manner not shown) with respect to the heat sink 170 and are then connected by loop link to the control electrodes of the IGBT plate on the heat sink 180. The main electrodes on the upper surfaces of the IGBTs on a heat sink 180 are then connected by loop link, first to a respective fast freewheeling diode and then to the conductive pad 156 on the IMS substrate. In order to connect the control electrodes 151 and 152 to the power terminals 56 and 57, isolated wires, represented schematically by the dotted lines 200 and 201, connect these terminals to the pad extension 161 and to the tablet 156. Referring next to FIGS. 22, 27 and 28, it can be understood that the sub-assembly of FIG. 22, in which different terminals are physically supported inside the connection plate, can be applied from simple way on the surface of the IMS of figure 27, so that the contacts 134, 142 and 144 are placed respectively above and in contact with the exposed copper parts of the terminals 160, 156 and 161. The whole of the sub-assembly including the lower parts of the control terminals 60

à 63 qui vont s'aligner avec les surfaces 150 à 153, peut ensuite être soudée comme un sous-ensemble complet en une seule opération.  to 63 which will align with the surfaces 150 to 153, can then be welded as a complete sub-assembly in a single operation.

Pour faciliter le positionnement du sous-ensemble de la figure 22 par30 rapport à l'IMS pendant cette opération de soudure par le bas, une paire de broches amovibles peut être incluse dans le moulage de la plaque de raccordement 90. Ainsi, comme montré, par exemple, à la figure 21 et à la figure 28 en lignes pointillées, des broches 210 et 211 sont fixées solidairement sur les encoches des extrémités  To facilitate positioning of the sub-assembly of FIG. 22 relative to the IMS during this bottom welding operation, a pair of removable pins can be included in the molding of the connection plate 90. Thus, as shown, for example, in FIG. 21 and in FIG. 28 in dotted lines, pins 210 and 211 are fixed integrally on the notches of the ends

opposées de la plaque 90 et peuvent être facilement cassées sur celle-  opposite of plate 90 and can be easily broken thereon

ci. Ces broches de positionnement 210 et 211 présentent des parties d'extrémité à diamètre réduit, telles que la partie d'extrémité 212, montrée à la figure 29, pour la broche 210 qui est adaptée s'assembler de façon précise dans l'ouverture de montage 73 dans le substrat IMS 51. De manière similaire, la borne opposée 211 va s'assembler dans l'ouverture 74 de la plaque IMS 51 de façon que le sous-ensemble complet de la figure 22, incluant les parties inférieures des bornes, va être positionné de façon précise par rapport aux zones de pastilles en cuivre respectives sur le substrat  this. These positioning pins 210 and 211 have reduced diameter end parts, such as the end part 212, shown in FIG. 29, for the pin 210 which is adapted to be assembled precisely in the opening of mounting 73 in the IMS substrate 51. Similarly, the opposite terminal 211 will assemble in the opening 74 of the IMS plate 51 so that the complete sub-assembly of FIG. 22, including the lower parts of the terminals, will be precisely positioned relative to the respective copper pad areas on the substrate

IMS 51, pour que l'opération de soudure puisse être réalisée.  IMS 51, so that the welding operation can be carried out.

Une fois que le sous-ensemble de plaque de raccordement a été soudé par le basen place, la partie inférieure de la plaque est espacée au-dessus de la surface supérieure du substrat IMS, comme cela est mieux montré à la figure 6, de façon à constituer un espace de i5 dilatation au-dessus de la plaquette et des fils de liaison. Il est, évidemment, souhaitable de remplir la zone contenant la plaquette et les fils conducteurs avec un milieu de passivation, par exemple, un silicone mou qui puisse se dilater avec les variations de température et permettre la dilatation thermique de la plaquette et des fils de liaison, et aussi rendre entièrement étanche le boîtier à l'entrée d'humidité et de polluants, et de maintenir l'intégrité de l'isolation  Once the patch plate subassembly has been soldered from the bottom up, the bottom of the plate is spaced above the top surface of the IMS substrate, as best shown in Figure 6, so to constitute a space of expansion i5 above the wafer and the connecting wires. It is, of course, desirable to fill the area containing the wafer and the conductive wires with a passivation medium, for example, a soft silicone which can expand with temperature variations and allow thermal expansion of the wafer and the lead wires. bond, and also make the case completely sealed against the entry of humidity and pollutants, and maintain the integrity of the insulation

entre les différentes bornes.between the different terminals.

Selon l'invention, le volume contenu entre la partie inférieure de la plaque de raccordement 90 et la partie supérieure de la structure IMS 51 est rempli à travers l'orifice de remplissage 110 de la plaque de raccordement 90 par un silicone mou jusqu'à une certaine hauteur audessus de la hauteur des différentes plaquettes et soudures de liaison. Un faible espace de dilatation peut être laissé dans la partie inférieure de la plaque 90, comme cela est mieux montré à la figure 6. La figure 6 montre, en lignes pointillées, le niveau jusqu'auquel le silicone peut remplir le volume interne entre la partie supérieure du substrat IMS 51 et la partie inférieure du boîtier 90. Après le remplissage du volume avec du silicone, le volume est rendu étanche en rebouchant l'ouverture 110, avec une boule en plastique 111 qui  According to the invention, the volume contained between the lower part of the connection plate 90 and the upper part of the IMS structure 51 is filled through the filling orifice 110 of the connection plate 90 with a soft silicone up to a certain height above the height of the various plates and connecting welds. A small expansion space can be left in the lower part of the plate 90, as best shown in FIG. 6. FIG. 6 shows, in dotted lines, the level to which the silicone can fill the internal volume between the upper part of the IMS substrate 51 and the lower part of the housing 90. After filling the volume with silicone, the volume is sealed by plugging the opening 110, with a plastic ball 111 which

est collée sur place.is glued on site.

Le boîtier supérieur 50 est ensuite monté en faisant coulisser les bornes 55, 56 et 57 à travers les ouvertures 80, 81 et 82a sur le couvercle supérieur jusqu'à ce que les lignes repliées de ces bornes s'assemblent à fleur avec les parties supérieures des bossages 55, 56 et 57 de la figure 1, de telle façon que les bornes puissent être  The upper housing 50 is then mounted by sliding the terminals 55, 56 and 57 through the openings 80, 81 and 82a on the upper cover until the folded lines of these terminals are flush with the upper parts bosses 55, 56 and 57 of FIG. 1, so that the terminals can be

facilement repliées après que l'assemblage a été terminé.  easily folded back after assembly has been completed.

Dans le but d'isoler les bornes les unes des autres à la partie supérieure de la plaque de raccordement 90, une nouvelle structure est fournie dans laquelle la plaque de raccordement est prévue avec i0 des bossages 91, 92, 93 et 94 en saillie vers l'extérieur qui s'emboîtent, dans les nervures allongées, telles que les nervures 82, 83, 84, 85 et 86, ou sont entourés par celles-ci, et les surfaces  In order to isolate the terminals from each other at the top of the connection plate 90, a new structure is provided in which the connection plate is provided with i0 bosses 91, 92, 93 and 94 projecting towards the exterior which fits into, or is surrounded by, the elongated ribs, such as the ribs 82, 83, 84, 85 and 86, and the surfaces

entourées par ce moyen dans la partie inférieure du boîtier supérieur.  surrounded by this means in the lower part of the upper case.

L'emboîtement de ces zones facilite l'isolation des bornes l'une par rapport à l'autre. De préférence, la surface à la partie supérieure du boîtier 90 circonscrite par la collerette 220 (figures 10 et 21) est remplie approximativement à moitié de sa hauteur avec un adhésif ou unecolle adapté. Cette colle va entourer les bornes 55, 56 et 57 à la figure 2. Lorsque le couvercle supérieur 50 est ensuite assemblé, les différentes nervures vont être en saillie dans les espaces définis entre les bossages 91 à 94 et autour de ces bossages et dans la colle, réalisant par ce moyen une étanchéité efficace des bornes et une étanchéité de la totalité du boîtier contre l'entrée d'humidité à l'intérieur. Simultanément, une colle ou adhésif peut aussi être utilisée pour réaliser l'étanchéité autour du bord du substrat d'IMS 51 et entre ce bord et la rainure située à la partie inférieure du boîtier montré à la figure 6. Ainsi, un boîtier totalement étanche est créé, avec des bornes très bien isolées l'une de l'autre et avec des composants à semi-conducteurs à l'intérieur du boîtier passivés de  The interlocking of these zones facilitates the isolation of the terminals from one another. Preferably, the surface at the top of the housing 90 circumscribed by the flange 220 (Figures 10 and 21) is filled approximately half of its height with a suitable adhesive or glue. This glue will surround the terminals 55, 56 and 57 in FIG. 2. When the upper cover 50 is then assembled, the different ribs will protrude in the spaces defined between the bosses 91 to 94 and around these bosses and in the adhesive, thereby achieving effective sealing of the terminals and sealing of the entire housing against the entry of moisture inside. Simultaneously, a glue or adhesive can also be used to seal around the edge of the substrate of IMS 51 and between this edge and the groove located at the bottom of the housing shown in Figure 6. Thus, a completely waterproof housing is created, with terminals very well insulated from each other and with semiconductor components inside the passivated housing

façon sûre par un silicone qui se dilate ou se contracte librement.  securely with a silicone that expands or contracts freely.

Dans la précédente description de l'invention, le mode de réalisation  In the previous description of the invention, the embodiment

préféré a été montré avec des dimensions particulières. Il doit être compris que les dimensions montrées peuvent changer tout en restant dans les concepts de l'invention. Par exemple, la largeur du dispositif peut être doublée pour faire de la place pour un troisième  preferred was shown with particular dimensions. It should be understood that the dimensions shown may change while remaining within the concepts of the invention. For example, the width of the device can be doubled to make room for a third

et quatrième dissipateur de chaleur avec des composants semi-  and fourth heat sink with semi-components

conducteurs qui peuvent être reliés en parallèle avec ceux situés sur les dissipateurs de chaleur 170 et 180. Ainsi, l'IMS 51 pourrait être deux fois plus grand et l'ensemble des composants pourrait être faitss plus grands de façon à s'adapter avec ces nouvelles dimensions.  conductors which can be connected in parallel with those located on heat sinks 170 and 180. Thus, the IMS 51 could be twice as large and all of the components could be made larger so as to adapt with these new dimensions.

De manière générale, l'invention permet l'utilisation de dissipateur de chaleur de taille maximum de façon à obtenir des performances thermiques maximum pour le boîtier. Le principe d'étanchéité de bornes fournit une étanchéité fiable avec la dilatation du gel de o silicone, et la plaque de raccordement moulée/pré-assemblée rend le boîtier plus facilement réalisable. Ces trois innovations fournissent un boîtier IMS complet présentant des performances, fiabilité et possibilité de fabrication améliorées. La performance est améliorée en utilisant des plaquettes IGBT parallèles, de façon à produire un commutateur à courant élevé. Les résistances de grilles sont intégrées dans les plaquettes, permettant de relier les grilles ensemble par des liaisons à boucles, éliminant la surface conductrice et résistante du substrat IMS. Par exemple, chacune des plaquettes IGBT peut avoir des résistances telles que les20 résistances 75a et 75b connectées dans leur circuit de grille, ou intégrer dans la plaquette de façon que, si les IGBT sont placées en parallèle, les résistances n'aient pas besoin d'être prévues séparément. Ceci permet un agrandissement des dissipateurs de chaleur afin de maximiser la dissipation de puissance à travers l'isolant époxy du substrat IMS. Notons que le substrat IMS nécessite et permet ces grandes surfaces, plus que les modules de type métal/céramique classiques. Les dissipateurs de chaleur plus important abaissent la résistance thermique du dispositif (theta-jc), et couplent thermiquement les plaquettes IGBT unitaires pour obtenir  In general, the invention allows the use of a heat sink of maximum size so as to obtain maximum thermal performance for the housing. The terminal sealing principle provides reliable sealing with the expansion of the silicone gel, and the molded / pre-assembled connection plate makes the housing more easily achievable. These three innovations provide a complete IMS package with improved performance, reliability and manufacturing capability. Performance is improved by using parallel IGBT pads, so as to produce a high current switch. The grid resistors are integrated in the plates, making it possible to connect the grids together by loop links, eliminating the conductive and resistant surface of the IMS substrate. For example, each of the IGBT wafers can have resistors such as the resistors 75a and 75b connected in their grid circuit, or integrate into the wafer so that, if the IGBTs are placed in parallel, the resistors do not need 'be provided separately. This allows expansion of the heat sinks to maximize the power dissipation through the epoxy insulation of the IMS substrate. Note that the IMS substrate requires and allows these large surfaces, more than the conventional metal / ceramic type modules. The larger heat sinks lower the thermal resistance of the device (theta-jc), and thermally couple the unitary IGBT plates to obtain

un pouvoir de commutation des plaquettes en parallèle améliorées.  improved wafer switching power.

La fiabilité est améliorée par le gel de silicone qui protège les plaquettes semi-conductrices de l'humidité et d'autres facteurs d'environnement. Dans des modules à puissance élevée qui nécessitent de grandes bornes en cuivre sortant de la partie supérieure du boîtier, l'industrie a été forcée de rajouter au-dessus du gel de silicone, une résine époxy relativement rigide. Ceci confine le gel de silicone, créant souvent la rupture du boîtier, et des fuites de gel de silicone associées, et endommage l'étanchéité par silicone. Le support de borne (plaque de raccordement) qui fournit un support5 mécanique et une étanchéité aux bornes, sur la plaque support innovante pour boîtier de conditionnement, permet la création d'un espace de dilatation au-dessus du gel de silicone. Cet espace de dilatation empêche la dilatation du gel de silicone de rompre le  Reliability is improved by the silicone gel which protects the semiconductor wafers from humidity and other environmental factors. In high power modules which require large copper terminals coming out of the upper part of the housing, industry has been forced to add a relatively rigid epoxy resin above the silicone gel. This confines the silicone gel, often creating rupture of the housing, and associated silicone gel leaks, and damages the silicone seal. The terminal support (connection plate) which provides mechanical support and sealing at the terminals, on the innovative support plate for packaging box, allows the creation of an expansion space above the silicone gel. This expansion space prevents the expansion of the silicone gel from breaking the

boîtier de conditionnement à des températures élevées.  packaging box at high temperatures.

o La plaque support de bornes moulée crée un support de précision élevée pour les bornes fabriquées facilement leur permettant d'être alignées par rapport au dessin de circuit du substrat et au boîtier comme une simple unité pré-assemblée. Ceci élimine la fabrication de dispositifs de fixation et de systèmes de mise en place complexes i5 pour la soudure par fusion, la mise en place de composants et la  o The molded terminal support plate creates high precision support for easily manufactured terminals allowing them to be aligned with respect to the circuit diagram of the substrate and the housing as a simple pre-assembled unit. This eliminates the manufacture of fixtures and complex i5 positioning systems for fusion welding, component installation and

fermeture du boîtier.case closing.

Bien que la présente invention a été décrite en relation à ces modes de réalisation particuliers, de nombreuses autres variantes et modifications et d'autres utilisations vont devenir évidentes aux spécialistes de la technique. Il est préféré, par conséquent, que la  Although the present invention has been described in connection with these particular embodiments, many other variations and modifications and other uses will become apparent to those skilled in the art. It is preferred, therefore, that the

présente invention ne soit pas limitée par la description spécifique  present invention is not limited by the specific description

présente, mais seulement par les revendications annexées.  present, but only by the appended claims.

Claims (20)

REVENDICATIONS 1. Module semi-conducteur de puissance comprenant: un couvercle de boîtier d'isolation (50) pourvu d'une partie inférieure s ouverte, une pluralité de plaquettes semi-conductrices interconnectées à l'intérieur dudit boîtier pour constituer un circuit électrique prédéterminé, un substrat (51) thermiquement conducteur s'étendant à travers et fixé sur ladite partie inférieure ouverte dudit couvercle de boîtier et supportant ladite pluralité de plaquettes semi- io conductrices, une pluralité de bornes rigides (55, 56, 57) isolées l'une de l'autre et s'étendant globalement perpendiculairement par rapport au plan dudit substrat thermiquement conducteur, une plaque (90) support de bornes pourvue d'ouvertures espacées (95, 96, 97) la traversant qui reçoivent et sont fixées à des points intermédiaires le i long des longueurs de ladite pluralité de bornes (55, 56, 57) pour le support desdites bornes (55, 56, 57) en relation d'espacement et d'isolation parallèlement l'une à l'autre; chacune desdites bornes (55, 56, 57) disposant d'une première et seconde zones d'extrémité; lesdites premières zones d'extrémité desdites bornes étant disposées sur une plaque commune (90) qui est globalement coplanaire avec la surface supérieure dudit substrat thermiquement conducteur (51); la surface supérieure dudit substrat thermiquement conducteur (51) disposant de zones de liaison conductrices (153-155) espacées en alignement par rapport aux premières zones d'extrémité de ladite pluralité de bornes (55-57) et sur lesquelles lesdites premières extrémités desdites bornes sont fixées mécaniquement sur ledit substrat conducteur (51); la partie inférieure de ladite plaque de raccordement (90) étant espacée au-dessus de la partie supérieure dudit substrat thermiquement conducteur (51) pour définir un premier volume de dilatation au-dessus dudit substrat; ledit couvercle supérieur (50) disposant d'ouvertures espacées traversantes à des emplacements correspondant à l'emplacement de ladite pluralité de bornes (55-57); ladite pluralité de bornes (55-57) s'étendant à travers lesdites ouvertures dans ledit couvercle supérieur pour être accessibles pour une liaison externe; ladite plaque de raccordement  1. Power semiconductor module comprising: an insulation housing cover (50) provided with an open lower part, a plurality of semiconductor wafers interconnected inside said housing to form a predetermined electrical circuit, a thermally conductive substrate (51) extending through and attached to said open bottom portion of said housing cover and supporting said plurality of semiconductor wafers, a plurality of rigid terminals (55, 56, 57) insulated one on the other and extending generally perpendicular to the plane of said thermally conductive substrate, a terminal support plate (90) provided with spaced openings (95, 96, 97) passing through it which receive and are fixed at intermediate points along the lengths of said plurality of terminals (55, 56, 57) for supporting said terminals (55, 56, 57) in relation to spacing and insulation parallel to the u do to each other; each of said terminals (55, 56, 57) having first and second end regions; said first end regions of said terminals being disposed on a common plate (90) which is generally coplanar with the upper surface of said thermally conductive substrate (51); the upper surface of said thermally conductive substrate (51) having conductive connection zones (153-155) spaced in alignment with respect to the first end zones of said plurality of terminals (55-57) and on which said first ends of said terminals are mechanically attached to said conductive substrate (51); the lower part of said connecting plate (90) being spaced above the upper part of said thermally conductive substrate (51) to define a first expansion volume above said substrate; said upper cover (50) having spaced through openings at locations corresponding to the location of said plurality of terminals (55-57); said plurality of terminals (55-57) extending through said openings in said top cover to be accessible for external connection; said connection plate (90) étant emboîtée à l'intérieur dudit couvercle supérieur.  (90) being fitted inside said upper cover. 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel ladite pluralité de bornes (55-57) est fixée par enclenchement à l'intérieur de ladite  2. Device according to claim 1 wherein said plurality of terminals (55-57) is fixed by engagement inside said plaque de raccordement (90).s  connection plate (90) .s 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications l ou 2 dans lequel ledit premier volume est au moins partiellement rempli3. Device according to any one of claims l or 2 wherein said first volume is at least partially filled avec une matière de remplissage au silicone mou.  with a soft silicone filler. 4. Dispositif selon la revendication 3 dans lequel ladite plaque de raccordement (90) dispose d'une ouverture traversante (110) pouvant o être obturée pour l'injection de ladite matière de remplissage au4. Device according to claim 3 wherein said connecting plate (90) has a through opening (110) which can be closed for the injection of said filling material into the silicone mou dans ledit premier volume.  soft silicone in said first volume. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans  5. Device according to any one of claims 1 to 4 in lequel ledit substrat (51) dispose d'ouvertures de montage (73) dans des zones exterieures dudit couvercle; ladite plaque de raccordement étant pourvue de saillies amovibles (210) qui s'emboîtent dans lesdites ouvertures de montage (73) afin de positionner ladite plaque de raccordement (90) et lesdites premières extrémités de ladite pluralité de bornes en alignement avec leur zone de liaison  wherein said substrate (51) has mounting openings (73) in areas outside of said cover; said connection plate being provided with removable projections (210) which fit into said mounting openings (73) in order to position said connection plate (90) and said first ends of said plurality of terminals in alignment with their connection zone respectives sur ledit substrat (51) pendant l'assemblage.  respective on said substrate (51) during assembly. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans  6. Device according to any one of claims 1 to 5 in lequel lesdites premières extrémités (134, 142, 144) desdites bornes (55, 56, 57) sont courbées pour définir des zones d'extrémités plates  wherein said first ends (134, 142, 144) of said terminals (55, 56, 57) are curved to define areas of flat ends qui sont parallèles au plan dudit substrat (51).  which are parallel to the plane of said substrate (51). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans  7. Device according to any one of claims 1 to 6 in lequel ledit substrat (51) est un substrat IMS.  which said substrate (51) is an IMS substrate. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans  8. Device according to any one of claims 1 to 7 in lequel l'intérieur dudit couvercle supérieur (50) est collé sur la partie supérieure de ladite plaque de circuit, ladite colle entourant et rendant étanche la périphérie de chacune desdites bornes lorsqu'elles s'étendent à travers ladite plaque de raccordement et ledit couvercle supérieur.  which the interior of said upper cover (50) is glued to the upper part of said circuit plate, said adhesive surrounding and sealing the periphery of each of said terminals when they extend through said connection plate and said upper cover . 9. Dispositif selon la revendication 8 dans lequel ladite colle est9. Device according to claim 8 wherein said adhesive is une colle au silicone.silicone glue. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9  10. Device according to any one of claims 8 or 9 dans lequel la partie supérieure de ladite plaque de raccordement (90) dispose d'une cavité superficielle de réception de colle à travers laquelle ladite pluralité de bornes s'étend, et dans lequel l'intérieur dudit couvercle supérieur dispose d'une pluralité de saillies intégrées (83-85) qui sont en saillie dans ladite cavité et entourent lesdites bornes.  wherein the upper part of said connecting plate (90) has a surface glue-receiving cavity through which said plurality of terminals extend, and wherein the interior of said upper cover has a plurality of projections integrated (83-85) which protrude into said cavity and surround said terminals. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10  11. Device according to any one of claims 1 to 10 dans lequel lesdites premières extrémités desdites bornes (55, 57) sont courbées pour définir des surfaces d'extrémité plates qui sont  wherein said first ends of said terminals (55, 57) are curved to define flat end surfaces which are parallèles au plan dudit substrat (51).  parallel to the plane of said substrate (51). o  o 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 1112. Device according to any one of claims 1 to 11 dans lequel le substrat thermiquement conducteur (51) comprend une plaque inférieure relativement épaisse, plate, constituée d'un matériau conducteur, une couche relativement mince d'un matériau isolant (51la) au-dessus de ladite plaque inférieure, et une couche i relativement mince d'un matériau conducteur disposé au-dessus de ladite couche de matériau isolant et pourvu d'un dessin topologique (150-156) déterminé au-dessus de ladite couche de matériau isolant; et au moins une plaque dissipatrice de chaleur (170) conductrice plate reliée au dessus de sensiblement la totalité de sa surface inférieure sur une zone de ladite couche relativement mince de matériau conducteur et constituant une plaque dissipatrice de chaleur; les surfaces inférieures d'au moins des plaquettes  wherein the thermally conductive substrate (51) comprises a relatively thick, flat bottom plate made of conductive material, a relatively thin layer of insulating material (51la) above said bottom plate, and a relatively i layer thin of a conductive material disposed above said layer of insulating material and provided with a topological pattern (150-156) determined above said layer of insulating material; and at least one flat conductive heat sink plate (170) connected above substantially all of its bottom surface to an area of said relatively thin layer of conductive material and constituting a heat sink plate; the lower surfaces of at least platelets sélectionnées (172-178a) parmi ladite pluralité de plaquettes semi-  selected (172-178a) from said plurality of semi-inserts conductrices étant soudées sur la surface supérieure de ladite plaque dissipatrice de chaleur en relation d'étroite proximité l'une de l'autre et s'étendant suivant une ligne qui suit globalement l'axe de ladite plaque dissipatrice de chaleur (170), ce par quoi la chaleur peut être transférée efficacement depuis ladite plaquette vers le volume total  conductive being welded to the upper surface of said heat sink plate in close relation to each other and extending along a line which generally follows the axis of said heat sink plate (170), whereby heat can be efficiently transferred from said wafer to the total volume de ladite plaque dissipatrice de chaleur (170).  of said heat sink plate (170). 13. Module semi-conducteur de puissance comprenant: un boîtier  13. Power semiconductor module comprising: a housing d'isolation (50), une pluralité de plaquettes (172-178) semi-  insulation (50), a plurality of semi-inserts (172-178) conductrices interconnectées à l'intérieur du boîtier pour constituer un circuit électrique prédéterminé, un substrat thermiquement conducteur (51) entouré sur une de ses faces par ledit boîtier (50) et supportant ladite pluralité de plaquettes semi-conductrices sur ladite surface de celui-ci et une pluralité de bornes, chacune d'entre elles étant reliée par une extrémité audit circuit électrique formé par ladite plaquette semi-conductrice et s'étendant à travers ledit boîtier (50) pour la liaison aux circuits externes audit boîtier; ledit substrat5 thermiquement conducteur (51) comprenant une plaque inférieure relativement épaisse plate constituée d'un matériau conducteur, une couche relativement mince (51la) d'un matériau isolant sur la surface de ladite plaque inférieure, et d'une couche relativement mince de matériau conducteur disposé au-dessus de ladite couche (51a) de  conductive interconnected inside the housing to form a predetermined electrical circuit, a thermally conductive substrate (51) surrounded on one of its faces by said housing (50) and supporting said plurality of semiconductor wafers on said surface thereof and a plurality of terminals, each of which being connected by one end to said electrical circuit formed by said semiconductor wafer and extending through said housing (50) for connection to circuits external to said housing; said thermally conductive substrate (51) comprising a relatively thick flat bottom plate made of conductive material, a relatively thin layer (51la) of insulating material on the surface of said bottom plate, and a relatively thin layer of material conductor disposed above said layer (51a) of io matériau isolant et pourvue d'un dessin topologique déterminé (150-  io insulating material and provided with a determined topological drawing (150- 156) sur ladite couche (51a) de matériau isolant; et au moins une plaque conductrice plate (170) reliée au-dessus de sensiblement la totalité de sa surface inférieure sur une zone de ladite couche relativement mince de matériau conducteur et constituant une plaque is dissipatrice de chaleur; au moins des plaquettes (172-178) sélectionnées de ladite pluralité de plaquettes semi-conductrices étant soudées par leur surface inférieure aux surfaces supérieures de ladite plaque dissipatrice de chaleur (170) en relation d'étroite proximité l'une de l'autre et s'étendant suivant une ligne qui suit globalement l'axe de ladite plaque dissipatrice de chaleur (170), ce par quoi la chaleur peut être efficacement transférée depuis ladite plaquette vers  156) on said layer (51a) of insulating material; and at least one flat conductive plate (170) connected above substantially all of its lower surface to an area of said relatively thin layer of conductive material and constituting a heat dissipating plate; at least selected wafers (172-178) of said plurality of semiconductor wafers being soldered by their lower surface to the upper surfaces of said heat sink plate (170) in close proximity to each other and extending along a line which generally follows the axis of said heat sink plate (170), whereby heat can be efficiently transferred from said wafer to la totalité de la surface de ladite plaque dissipatrice de chaleur (170).  the entire surface of said heat sink plate (170). 14. Substrat IMS (51) pour le montage d'une pluralité de plaquettes semi-conductrices; ledit substrat IMS (51) comprenant une plaque inférieure relativement épaisse, plate, constituée d'un matériau conducteur; une couche relativement mince (51la) d'un matériau isolant au-dessus de ladite plaque inférieure, et une couche relativement mince d'un matériau conducteur disposé au-dessus de ladite couche de matériau isolant et pourvu d'un dessin topologique déterminé (150-156) au-dessus de ladite couche de matériau isolant; et au moins une plaque (170) dissipatrice de chaleur conductrice plate reliée au dessus de sensiblement la totalité de sa surface inférieure sur une zone de ladite couche relativement mince de matériau conducteur et constituant une plaque dissipatrice de chaleur (170); les surfaces inférieures d'au moins des plaquettes  14. IMS substrate (51) for mounting a plurality of semiconductor wafers; said IMS substrate (51) comprising a relatively thick, flat bottom plate made of a conductive material; a relatively thin layer (51la) of an insulating material above said bottom plate, and a relatively thin layer of a conductive material disposed above said layer of insulating material and provided with a determined topological pattern (150 -156) above said layer of insulating material; and at least one flat conductive heat sink plate (170) connected above substantially all of its bottom surface to an area of said relatively thin layer of conductive material and constituting a heat sink plate (170); the lower surfaces of at least platelets sélectionnées (174-178) parmi ladite pluralité de plaquettes semi-  selected (174-178) from said plurality of semi-platelets conductrices étant soudées sur la surface supérieure de ladite plaque (170) dissipatrice de chaleur en relation d'étroite proximité l'une de l'autre et s'étendant suivant une ligne qui suit globalement l'axe de ladite plaque dissipatrice de chaleur (170), ce par quoi la chaleur peut être transférée efficacement depuis ladite plaquette vers le  conductors being welded to the upper surface of said heat sink plate (170) in close proximity to each other and extending along a line which generally follows the axis of said heat sink plate (170 ), whereby heat can be efficiently transferred from said wafer to the volume total de ladite plaque dissipatrice de chaleur (170).  total volume of said heat sink plate (170). 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 12 à 14  15. Device according to any one of claims 12 to 14 dans lequel ladite plaque inférieure relativement épaisse et ladite  wherein said relatively thick bottom plate and said o plaque dissipatrice de chaleur (170) sont en aluminium.  o heat sink plate (170) are made of aluminum. 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 12 à 15  16. Device according to any one of claims 12 to 15 dans lequel ladite plaque dissipatrice de chaleur (170) est rectangulaire et présente une largeur qui est proche de la largeur  wherein said heat sink plate (170) is rectangular and has a width which is close to the width totale de ladite plaque inférieure relativement épaisse.  total of said relatively thick bottom plate. 17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 16  17. Device according to any one of claims 1 to 16 dans lequel ladite pluralité de plaquettes semi-conductrices inclut des  wherein said plurality of semiconductor wafers includes plaquettes IGBT (174-174a).IGBT platelets (174-174a). 18. Dispositif selon la revendication 17 dans lequel ladite pluralité de plaquettes semi-conductrices inclut en outre des plaquettes de diodes (175-178) de roue libre rapides qui sont reliées en parallèle  18. The device of claim 17 wherein said plurality of semiconductor wafers further includes fast freewheeling diode wafers (175-178) which are connected in parallel avec les plaquettes respectives desdites plaquettes IGBT (174-174a).  with the respective platelets of said IGBT platelets (174-174a). 19. Dispositif selon la revendication 18 dans lequel les plaquettes de diodes de roue libre rapides sont espacées l'une de l'autre et s'étendent suivant une ligne qui est parallèle à la ligne desdites  19. Device according to claim 18, in which the fast freewheeling diode plates are spaced from one another and extend along a line which is parallel to the line of the said lines. plaquettes IGBT (174, 174a).IGBT platelets (174, 174a). 20. Dispositif selon la revendication 17 dans lequel chacune desdites plaquettes IGBT (174, 174a) contient une résistance de grille (75a, 76a) en série avec son électrode de grille; lesdites résistances de grille (75a, 76a) étant respectivement intégrées dans chacune des  20. Device according to claim 17, in which each of said IGBT plates (174, 174a) contains a gate resistor (75a, 76a) in series with its gate electrode; said gate resistors (75a, 76a) being respectively integrated in each of plaquettes.platelets.
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